磷酸鐵鋰離子電池循環(huán)壽命下降機(jī)理研究

酸鋰鐵電池因為出色的安全性能,使它成為最好的電動公交車,巨大的使用使磷酸亞鐵鋰離子電池將面對各種各樣的使用環(huán)境和使用條件的測試,讓我們了解,如溫度、SoC,放電率將會對他們的生活出現(xiàn)影響,所以為了保證磷酸亞鐵鋰離子電池在不同條件下能滿足使用要求,我們要在一些使用環(huán)境中對磷酸鐵鋰離子電池的失效特性和機(jī)理有一個了解。

德國亞琛工業(yè)大學(xué)MeinertLewerenzetalLFP/石墨電池在不同的比率,特種部和溫度故障特點進(jìn)行了討論,對鋰離子電池在存放一段時間后,新增容量,提出了一種理論來理解,在本文中,我們將帶你去了解MeinertLewerenz和其他人的研究結(jié)果。

在不同溫度和荷電狀態(tài)下，電池容量下降和內(nèi)阻變化曲線可以看出，在25℃時，電池內(nèi)阻下降約10%，電池容量下降1-2%。然而，在最初的200-400天存儲期間，容量反而新增了0.7-1.3%。MeinertLewerenz認(rèn)為，事實上LFP電池在25℃下下降非常緩慢，在儲存過程中由于定期的容量測試本身導(dǎo)致電池容量的丟失。

例如，20%SoC電池的容量在存儲的前200天有明顯的新增，50%SoC電池的容量有一定的新增。儲存2年的容量損耗為10-15%，遠(yuǎn)高于25℃時電池的容量損耗。60℃時，電池的容量下降幅度明顯高于25℃和45℃時的下降幅度，達(dá)到20-25%。

在開始儲存的時候，我們發(fā)現(xiàn)電池容量有一個小的上升，MeinertLewerenz認(rèn)為這重要是由于負(fù)極邊緣有更多的正極，如下圖所示。負(fù)極比正極多的部分約為5.7%，正極相對負(fù)極的部分在充電開始時Li含量較高。但是，在電壓差的驅(qū)動下，Li會向外圍分散，縮短這個距離，最終使負(fù)極達(dá)到80%荷電狀態(tài)。因此,假如電池SoC狀態(tài)存儲在一個低,負(fù)電極周圍的李濃度高于中部,然后李分散從周圍向中心是促進(jìn)了一部分,然后李濃度的負(fù)電極正極性部分新增,從而提高電池的容量后存儲。我們了解Li的色散重要是由負(fù)極不同部分的電壓差引起的。也就是說，當(dāng)SoC大于80%時，石墨負(fù)極的電壓曲線相對平坦，因此負(fù)極不同部位之間的電壓差變得非常小。因此，Li的擴(kuò)散速度較慢，容量上升趨勢不明顯。而在低荷電狀態(tài)下，負(fù)極電位差較大，可以有效促進(jìn)鋰在負(fù)極中的彌散，進(jìn)而使電池容量增大。下表為不同溫度和SoC下負(fù)極的電壓差。這部分的電壓差會推動鋰在負(fù)極內(nèi)分散，重新平衡。試驗結(jié)果表明，在20%荷電狀態(tài)下，后貯容量新增1.5-3.4%，50%荷電狀態(tài)下新增0.6-1.7%，100%荷電狀態(tài)下新增0.5-0.7%，80%荷電狀態(tài)下減少0.7%。

這個理論非常簡單,但并不認(rèn)為陰極的不均勻性,更靠近陽極的邊緣部分可能是元素,如更快的反應(yīng)速率,也不能很好的解釋能力在高SoC失敗現(xiàn)象,但SoC理論可以更好地解釋低,基于石墨陽極后的蓄電池容量上升現(xiàn)象,值得我們后續(xù)進(jìn)行討論。